钢筋混凝土异形柱—板柱结构设计理论研究

【摘要】：二十一世纪的住宅建筑，无论其外部环境设计，还是内部功能要求，“以人为本”的思想已成为其核心设计理念，且越来越受到各界人士的重视。因此，大力研究推广舒适、实用的可持续发展住宅，即主体结构不变而每户内隔墙可改变的大空间住宅已成共识。鉴于此，本文将异形柱引入板柱结构，提出了兼备异形柱框架和平板结构双重优点的钢筋混凝土大开间异形柱-板柱住宅结构体系。针对这一结构新体系的特点，开展了下面几个方面的研究工作： (1)板柱连接的冲切受力问题，是板柱结构设计应用中的关键问题之一，但是我国现行规范对异形柱-板柱连接受冲切承载力计算未作明确规定，同时有关这方面的试验研究国内外都进行得很少。因此，本文首先进行了柱截面形状为三种典型异形柱(十字形柱、T形柱和L形柱)的板柱沖切试验研究，并将其受冲切特性与相应的等面积方柱和等有效周长方柱试件进行了对比。试验结果表明，与相应的方柱-板柱连接试件相比，异形柱-板柱连接试件具有较高的抗冲切承载力及延性。同时根据试验提出了结合我国规范的异形柱板柱冲切承载力计算方法，然后，用国外几个主要规范以及我国规范对上述试验板的受冲切承载力进行了预测，并与试验值进行了比较，讨论了各规范的差异。 (2)以十字形柱为代表，对配置抗冲切钢筋的异形柱-板柱连接的受冲切性能进行了试验研究，将其受冲切特性与文献中相应方柱-板柱连接试验进行了比较分析，研究了抗冲切钢筋对其受冲切特性的影响。另外，将抗冲切锚栓与我国规范推荐采用的抗冲切箍筋通过试验进行了对比，指出锚栓比箍筋具有更为优良的抗冲切性能，同时根据国内外有关抗冲切锚栓的试验成果，提出了结合我国规范的抗冲切锚栓设计建议。 (3)根据本文关于异形柱-板柱连接的受冲切特性试验成果，并结合文献试验资料以及ACI规范的作法，提出了方便可行的非矩形截面柱冲切临界周长的计算模式。另外，通过对200多个典型冲切试验资料及本文试验成果的回归分析，提出了形式简单，适用于不同柱型且与大量不同试验成果吻合度均较好的受冲切承载力统一计算公式。 (4)在研究考察三种典型异形柱-板柱连接的冲切试验现象和结果的基础上，应用屈服线理论，对十字形柱、T形柱和L形柱下的板柱连接抗弯承载力进行了研究，提出了上述三种柱型的板柱连接抗弯承载力计算公式。应用该式，其计算结果与试验值相比符合较好。 (5)进行了两个大比例模型的十字形中柱-板柱连接在竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的冲切性能试验，研究了这种柱型板柱连接的抗震性能，试验结果表明，异形柱中柱-板柱连接具有一定的抗震能力，在板柱结构中引入异形柱是可行的。同时提出了在剪力和不平衡弯矩作用下，十字形中柱-板柱连接的承载力计算方法。采用该方法，计算结果与试验结果符合较好。另外，根据国外试验资料，结合我国规范提出了进行中柱-板柱连接抗震设计的重力-剪力比限值要求。 (6)进行了两个大比例模型的T形边柱-板柱连接在竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的冲切性能试验，研究了T形边柱-板柱连接的抗震性能，讨论了这种情况下板柱连接的抗震设计措施，提出了T形边柱板柱连接在剪力和不平衡弯矩作用下的承载力 大连理工大学博士学位论文 计算方法。采用该方法，计算结果与试验结果符合较好。试验结果还表明，在板柱结构 中引入T形边柱亦是可行的。 (7)对板柱结构设计中常见的几个问题:抗震设计问题、板与柱混凝土强度不等的 问题、板面裂缝控制问题进行了初步探讨，并提出了相应的解决办法。